(57)【要約】【課題】本発明の課題は、軽量かつ高い強度の木質成形体を提供することにある。【解決手段】押出機に無水マレイン酸とポリオレフィン系樹脂とを同時に投入し、該押出機内で溶融混合しながら該樹脂のマレイン化を進めたのち、直ちに該押出機のダイのオリフィスから繊維状および／またはストランド状に吐出させ、その両側または片側から木質材料を連続的に供給混合し、該原料混合物をコンベア上を移動する受板上またはコンベア上に堆積せしめてマットをフォーミングし、該マットをプレス成形する。  押出機内で安価な無水マレイン酸とポリオレフィンとを重合させつつ、ただちに押出機から繊維状および／またはストランド状に吐出させて、そこに木質材料を散布することで、安価な無水マレイン酸を用いても高強度な木質成形体を製造することが出来る。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出機に無水マレイン酸とポリオレフィン系樹脂とを同時に投入し、該押出機内で溶融混合しながら該樹脂のマレイン化反応を進めたのち、直ちに該押出機のダイのオリフィスから繊維状および／またはストランド状に吐出させ、その両側または片側から木質材料を連続的に供給混合し、該原料混合物をコンベア上を移動する受板上またはコンベア上に堆積せしめてマットをフォーミングし、該マットをプレス成形する木質成形体の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量でかつ高強度な木質成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、木粉等の木質材料と熱可塑性樹脂とを混合して木質成形体を成形するものとしては、エクストル−ダ−や加熱溶融型ニ−ダ−等で熱可塑性樹脂を溶融させて、その中に木粉等を投入し、練り込んだ混合物を押出成形したり、木質材料と熱可塑性樹脂チップもしくはペレットとの混合物をホットプレスして成形体を得ることが提案されている。
木質材料としては、木粉のほか故紙を粉砕したもの等、細かい木質材料が用いられている。
このような木質成形体は建築板や家具素材として有用である。
しかしながら、上記のように高温高圧下で溶融状態にした熱可塑性樹脂中に木質材料を投入すると、元来木質材料が保有する種々の糖分、リグニン等が該溶融熱可塑性樹脂に溶出し、さらにエクストル−ダ−等のスクリュ−による高圧状態での練り込み作用によって、その溶出成分が該熱可塑性樹脂に分散されることとなる。
その結果、該熱可塑性樹脂成分が劣化し、所定の強度や硬度が得られなかったり更に靱性が得られず脆くなったり、また耐候性も悪くなって屋外で紫外線に暴露されることでチョ−キングを起こす等の不具合が生じる。
また、木質材料に熱可塑性樹脂チップもしくはペレットを混合する場合、常温下で該木質材料と該樹脂を混合しても均一に該樹脂が分散し難く、また木質材料として故紙粉砕物を用いた場合、比表面積が増加することでバインダ−としての樹脂分が多量に必要となり、その結果密度が高くなってしまい、合板、ＯＳＢといった熱硬化性樹脂を用いた強度特性に優れた既存構造材に替わるような軽量木質成形体が得られ難いという問題点があった。
【０００３】
この問題を解決するために、本出願人は熱可塑性樹脂と木質材料との新たな混合方法および成形方法を以前に出願した。
【特許文献１】特開２００１−３２２１０６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２７１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の熱可塑性樹脂と木質材料との混合方法および成形方法によって、非常に軽量な木質成形体を得ることができた。
しかしながら、この製造方法によって得られた木質成形体は壁板や床板下地板等に使用出来るが、耐力構造面材として使用するには、曲げ強度が若干足りない。
また従来、木粉と熱可塑性樹脂との混練時に、マレイン化ポリプロピレンを相溶化剤として混合し、強度アップさせることが行われている。
しかしながら、マレイン化ポリプロピレンは非常に高価な薬剤であり、コストアップの原因となる。
本発明は、さらに軽量であり、しかも耐力構造面材として使用出来る強度を有する安価な木質成形体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために本請求項１に記載の発明は、押出機に無水マレイン酸とポリオレフィン系樹脂とを同時に投入し、該押出機内で溶融混合しながら該樹脂のマレイン化反応を進めたのち、直ちに該押出機のダイのオリフィスから繊維状および／またはストランド状に吐出させ、その両側または片側から木質材料を連続的に供給混合し、該原料混合物をコンベア上を移動する受板上またはコンベア上に堆積せしめてマットをフォーミングし、該マットをプレス成形した木質成形体の製造方法である。
上記の構成によれば、木質材料と樹脂との混合物に、さらに高価な相溶化剤のマレイン化ポリオレフィンを添加して強度アップさせるのではなく、押出機内で安価な無水マレイン酸とポリオレフィンとを重合させつつ、ただちに押出機から繊維状および／またはストランド状に吐出させて、そこに木質材料を散布することで、安価な無水マレイン酸を用いても高強度な木質成形体を製造することが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の木質成形体の製造方法によれば、押出機に無水マレイン酸とポリオレフィン系樹脂とを同時に投入し、該押出機内で溶融混合しながら該樹脂のマレイン化反応を進めたのち、直ちに該押出機のダイのオリフィスから繊維状および／またはストランド状に吐出させ、その両側または片側から木質材料を連続的に供給混合し、該原料混合物をコンベア上を移動する受板上またはコンベア上に堆積せしめてマットをフォーミングし、該マットをプレス成形するので、安価な無水マレイン酸を用いても高強度で軽量な木質成形体を製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下詳しく、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【０００８】
［木質材料］
本発明において使用される木質材料Ｗとしては、木片、ストランド、木粉、木毛、木質繊維束、木質パルプ等がある。
該木質材料Ｗは例えば構造建築物を構築、改築あるいは解体する場合に発生する端切れや廃材等から得られるものであってもよい。
このような端切れや廃材は従来主として焼却処理されていたが、焼却処理によれば地球温暖化の原因となるＣＯ２ガスが発生する。
しかし、上記のように端切れや廃材を木質材料Ｗとして再利用すれば環境負荷を低減出来る。
上記木質材料Ｗとして、特にフレ−ク形状の木片を使用することが好ましい。
フレ−ク形状の木片は例えばパ−ルマン社のリングフレ−カ−を用いて、薄削片状にした形状で幅０．５〜２０ｍｍ、長さ１〜５０ｍｍ、厚み０．１〜５ｍｍのものが好ましく、さらに幅０．５〜１０ｍｍ、長さ４〜３５ｍｍ、厚み０．１〜２．５ｍｍのものが好ましく、特に幅４〜８ｍｍ、長さ２０〜２５ｍｍ、厚み０．５〜１ｍｍの木片が好ましい。
上記したように該木質材料Ｗは廃材を使用することが出来るが、このような改築、解体木材は容易にフレ−カ−によってフレ−ク形状の木片とすることが出来る。
また、木片に水分があると加熱成形の際木片から水蒸気が発生し、木片と熱可塑性樹脂との間に水蒸気膜を作ってしまい、木片と熱可塑性樹脂との密着がうまくいかないために、通常木片処理化した後にドライヤ−にて木片の含水率は５％未満に乾燥される。
【０００９】
［ポリオレフィン系樹脂］
本発明において使用されるポリオレフィン系樹脂Ｒとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレンタ−ポリマ−等の熱可塑性樹脂および上記熱可塑性樹脂の廃材がある。
上記の熱可塑性樹脂Ｒ廃材のソ−スとして特に有用なものは、大量に廃材が発生する農業用熱可塑性シ−ト、包装用熱可塑性袋、熱可塑性繊維製品等である。
また、熱可塑性樹脂Ｒは、溶融状態の繊維状および／またはストランド状の熱可塑性樹脂であることが望ましい。
本発明のポリオレフィン系樹脂は２種類以上の熱可塑性樹脂Ｒが混合したものであってもよい。
【００１０】
［無水マレイン酸］
本発明において使用される無水マレイン酸Ａは粉体にて添加される。
マレイン酸、フマル酸等のジカルボン酸の無水物はポリオレフィンと共重合して、無水カルボン酸変性ポリオレフィンになり、相溶化剤等に用いられている。
しかしながら、この相溶化剤は非常に高価なものである。
本発明では安価な無水マレイン酸に限定して使用し、相溶化剤としての無水マレイン酸ポリオレフィンを作成するのではなく、ポリオレフィンをマレイン化反応させながら同時に木質材料と混合するものである。
【００１１】
［廃材の利用］
また、本発明の木質成形体の廃材は、切削、粉砕、あるいは解繊して木質材料Ｗとし、再び木質成形体の原料や木質セメント板の原料として再利用が出来る。
このような木質成形体の再利用においてはリサイクル性は非常に高いものであり、間接的には熱可塑性樹脂Ｒのリサイクル性が大幅に向上する。
しかもこのような木質成形体は建築板、家具素材、コンクリ−ト型枠等に大量に使用されるからリサイクル熱可塑性樹脂Ｒも大量に消費出来る。
【００１２】
［第三成分］
上記木質材料Ｗと、熱可塑性樹脂Ｒと、無水マレイン酸Ａ以外に、本発明の木質成形体には例えば、撥水剤、防水剤、酸化防止剤、酸化抑制剤等の老化防止剤、着色剤、低粘度化剤、接着改良剤等が添加されてもよい。
【００１３】
［木質成形体の製造方法］
本発明の木質成形体を製造するには、まず押出機に無水マレイン酸Ａとポリオレフィン系樹脂Ｒとをホッパ−から同時に投入する。
そして押出機内で加熱によりポリオレフィン系樹脂Ｒを溶融しながら無水マレイン酸Ａと溶融混合すると、無水マレイン酸Ａはポリオレフィン系樹脂Ｒと重合し、ポリオレフィン系樹脂Ｒはマレイン化が進すむ。
さらに、溶融混合しながら、直ちに押出機のダイのオリフィスから無水マレイン酸Ａと熱可塑性樹脂Ｒとの重合溶融物Ｐを繊維状および／またはストランド状に吐出させ、その両側または片側から木質材料Ｗを連続的に散布供給し混合する。
混合比は通常木質材料Ｗ：重合溶融物Ｐの質量比率で３０：７０〜９０：１０程度になるようにする。
無水マレイン酸Ａは、質量比でポリオレフィン系樹脂Ｒ１００に対して、０．１〜３程度がよい。
ここでいう繊維状とは、加熱されて溶融状態の重合溶融物Ｐを糸のごとく細くしたもので、連続および／または不連続になったものをいう。
また、ストランド状とは、加熱されて溶融状態の重合溶融物Ｐを糸のごとく細くしたもので、連続したものをいう。
【００１４】
さらに、詳しくこの製造方法について図面を用いて説明する。
ポリオレフィン系樹脂Ｒと、無水マレイン酸Ａは、図１に示す押出機(1) 内にホッパー(2) から同時に投入され、そして押出機(1) 内で加熱によりポリオレフィン系樹脂Ｒは溶融され、無水マレイン酸Ａは溶融状態のポリオレフィン系樹脂Ｒと重合し、ポリオレフィン系樹脂Ｒはマレイン化反応が進すむ。
さらに、溶融混合しながら、直ちに押出機(1) のノズル(3) に接続しているダイ(4) 中に供給され、オリフィス(5) から無水マレイン酸Ａと熱可塑性樹脂Ｒとの重合溶融物Ｐが繊維状および／またはストランド状に吐出流下される。
【００１５】
上記ダイ(4) のオリフィス(5) の口径は０．２〜３．０mmとすることが好ましく、口径が０．２mm以下の場合は該重合溶融物Ｐ、特にポリオレフィン系樹脂廃材の溶融物に含まれている爽雑物がオリフィス(5) に詰り易くなり、３．０mmを越えると該繊維状および／またはストランド状の該重合溶融物Ｐは木質材料Ｗの重量によって延伸しても細化が充分行われず、木質材料Ｗと均一に混合することが困難となる。
口径が０．２〜３．０mmの場合は木質材料Ｗの重量による延伸細化後の該重合溶融物Ｐの径が０．０５〜０．８mmとなり、この範囲でオリフィス(5) は詰ることがなく、かつ該重合溶融物Ｐに木質材料Ｗを均一に混合することが出来る。
【００１６】
そして図２に示すように、ダイ(4) のオリフィス(5) の直下両側には木質材料Ｗの供給コンベア(6,6) が配置され、該供給コンベア(6,6) 上の木質材料Ｗを該供給コンベア(6,6) 末端に配置されている散布ロール(7,7) によって散布し、上記したようにダイ(4) のオリフィス(5) から吐出流下されている繊維状および／またはストランド状の重合溶融物Ｐと混合する。
また、溶融吐出流下時の雰囲気温度を高温に保つことによって溶融状態を長く維持出来るので、例えば５．０mm位までオリフィス(5) の径を大きくすることができる。
【００１７】
この際重合溶融物Ｐに対し、木質材料Ｗをディスク式の散布ロール（7,7) によりはじき飛ばしながら散布すると、木質材料Ｗはスピンしながら接するので、該重合溶融物Ｐに対し木質材料Ｗが良くからみつき、ミキサーにて混合する必要もなく効率よく混合され、該繊維状および／またはストランド状の重合溶融物Ｐは該木質材料Ｗの自重によって延伸細化される。
この際重合溶融物Ｐに付着している木質材料Ｗにおいて、相互近接している木質材料Ｗ間の重合溶融物Ｐが延伸細化されると、木質材料Ｗ相互が重合溶融物Ｐの細糸により連なった玉すだれ状となり、この状態で受板(9) 上に落下受止されマット状にフォーミングされるが、この際重合溶融物Ｐの細糸がちぢれ状態となって木質材料Ｗをまき込み、網目のような状態となる。
このように本発明では木質材料Ｗと重合溶融物Ｐとは密にかつ均一に混合されるので、ミキサー等の混合機は不必要となる。
このように重合溶融物Ｐと該木質材料Ｗとが均一に混合された上で、該原料混合物Ｍx はコンベア(8) 上に搬送されている受板(9) 上にマット状に堆積し、堆積した原料混合物Ｍx は図示しないロールプレスまたは成形プレス等に送られ、板状にプレス成形される。
【００１８】
上記木質成形体の製造過程においては、重合溶融物Ｐの分散性を保つため、木質材料Ｗを加熱しつつ供給してもよい。
木質材料Ｗを加熱しておけば、該重合溶融物Ｐの絡みつき（融着）は強くなり、木質材料Ｗと重合溶融物Ｐとの分離が防止出来る。
【００１９】
かくして受板(9) 上にマット状に堆積した原料混合物Ｍx を堆積直後にプレスすれば、該原料混合物Ｍx はまだ蓄熱しているので再加熱の必要がなく、生産効率や熱効率が向上する。
またプレスまでに時間がかかる場合は、加熱プレスを行なうがマットが蓄熱しているので、樹脂再溶融に要するエネルギーは常温からの加熱成形と比べ短時間に効率良く成形が可能となる。
【００２０】
さらには、図３に示すように、ポリオレフィン系樹脂Ｒと無水マレイン酸Ａとの混合には、まず、第２ホッパ−(12) から、無水マレイン酸Ａと第１のポリオレフィン系樹脂Ｒ１を同時に第２押出機(11) に投入して、第１のポリオレフィン系樹脂Ｒ１を溶融して無水マレイン酸Ａを重合させて、重合溶融物Ｐ１とし、さらに該重合溶融物Ｐ１をホッパ−(2) にから押出機(1) に投入して、加熱溶融状態の第２のポリオレフィン系樹脂Ｒ２に混合して重合溶融物Ｐ２とし、該重合溶融物Ｐ２を押出機(1) のダイ(4) のオリフィス(5) から繊維状および／またはストランド状に吐出させ、その両側または片側から木質材料を連続的に供給し、重合溶融物Ｐ２と混合しつつ、木質材料Ｗの重量によって該重合溶融物Ｐ２を延伸細化させ、該原料混合物Ｍｘをコンベア上を移動する受板上またはコンベア上に堆積せしめてマットＭをフォ−ミングし、該マットＭをプレス成形することもできる。
この際、第２ホッパ−(12) および第２押出機(11) を他のシステムとは別のテリトリ−で行うことで、ポリオレフィン系樹脂Ｒに無水マレイン酸Ａを添加するときに発生する刺激臭気を排除することが出来る。
具体的には屋外での混合、排気システムの導入などがある。
【００２１】
該マットＭのプレス成形については、熱間ロールプレスや熱圧プレスで行い、その後さらに冷間ロ−ルプレスや冷間プレスで厚みを整える。
【００２２】
また、上記のフォーミングを加熱雰囲気下で行えば、冷間ロ−ルプレスや冷間プレスのみで、成形することも可能である。
【００２３】
マットＭを受板(9) 上にフォーミングする場合には、通常受板(9) 面はフラットであるが受板(9) 面に凹凸柄を付してもよく、あるいはまた成形マットＭを冷間ロールプレスによって冷却する場合には該冷間ロールプレスの後段において、該成形マットＭの一側または両側に表面に凹凸柄を付したエンボスロールを配置しておけば、一方の面または両方の面に凹凸柄を有する板状木質成形体を得ることが出来る。
【００２４】
更にマットは二層、三層等多層構造にしてもよい。三層の場合には表裏層に微細木質材料（例えば木片と木粉との混合物）を使用し、芯層に粗木質材料（例えば木片）を使用すると、表面が緻密構造を有し平滑で、芯層が粗構造を有しクッション性があり軽量な板状木質成形体を得ることが出来る。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
図１に示す装置で、ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物Ｒと、無水マレイン酸Ａをホッパ−(2) から投入して、押出機(1) 内で加熱溶融しながら樹脂をマレイン化し、ダイ(4) のオリフィス(5) からストランド状に重合溶融物Ｐを吐出した。
ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物Ｒと無水マレイン酸Ａとの比率は重量比で、ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物Ｒ：無水マレイン酸Ａ＝１００：０．１ になるように投入した。
該ダイ(4) はオリフィス(5) 径１．５mm、オリフィス(5) 間隔５mmで一列に５００個のオリフィス(5) 数があるものをオリフィス(5) 間隔５０mmで設置した。
間伐材からチップ化した木片Ｗ（幅４〜８mm×厚み０．５〜１mm×長さ２０〜２５mm）をコンべア(6) 上からディスク回転式の散布機(7) でストランド状に吐出される重合溶融物Ｐに向かってはじき飛ばし、該木片Ｗの自重により該重合溶融物Ｐを延伸細化しつつ該重合溶融物Ｐと木片Ｗとを絡ませ、均一に混合した。
重合溶融物Ｐと木片Ｗとの比率は重量比で４：６になるように調整した。
そしてコンベア(8) 上の受板(9) に該原料混合物Ｍx をマット状に堆積し、その後、加熱プレス、冷間プレスを経て木質成形体を得た。
【００２６】
（実施例２）
ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物Ｒと無水マレイン酸Ａとの比率を重量比で、ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物：無水マレイン酸Ａ＝１００：１ になるようにしたこと以外は、実施例１と同様にして木質成形体を製造した。
【００２７】
（実施例３）
ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物Ｒと無水マレイン酸Ａとの比率を重量比で、ポリプロピレン樹脂廃材粉砕物：無水マレイン酸Ａ＝１００：３ になるようにしたこと以外は、実施例１と同様にして木質成形体を製造した。
【００２８】
（比較例１）
比較例として、無水マレイン酸を添加しないこと以外はすべて実施例１と同様にして木質成形体を製造した。
【００２９】
実施例１は、比重０．８６、曲げ強度３９ＭＰａ、２４時間吸水率１７．５％、２４時間厚み膨潤率３．７％であり、実施例２は比重０．８４、曲げ強度４８ＭＰａ、２４時間吸水率１１．５％、２４時間厚み膨潤率１．２％であり、実施例３は、比重０．８４、曲げ強度５５ＭＰａ、２４時間吸水率６．４％、２４時間厚み膨潤率は０．７％であり、比較例１は、比重０．８５、曲げ強度３８ＭＰａ、２４時間吸水率２３．０％、２４時間厚み膨潤率６．０％であって、無水マレイン酸を添加しない比較例１は極端に曲げ強度、２４時間吸水率、２４時間厚み膨潤率が低く、また、無水マレイン酸を添加するにつれて、物性は向上した。
しかし、無水マレイン酸をポリオレフィン系樹脂に３％以上添加しても、さらなる顕著な効果は現れなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この製造方法によって得られた木質成形体は壁板や床板下地板等に使用出来、しかも耐力構造面材として使用する充分な曲げ強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】無水マレイン酸とポリオレフィン系樹脂との重合溶融工程説明図
【図２】重合溶融物と木質材料との混合工程説明図
【図３】無水マレイン酸とポリオレフィン系樹脂との別の重合溶融工程説明図
【符号の説明】
【００３２】
１、１１          押出機
２、１２          ホッパ−
３                ノズル
４                ダイ
５                オリフィス
６、８            コンベア
７                散布ロ−ル
９                受板
Ｒ                ポリオレフィン系樹脂
Ｗ                木質材料（木片）
Ａ                無水マレイン酸
Ｐ                重合溶融物
Ｍｘ              原料混合物
Ｍ                マット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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